基于量子点-双边光学腔的两自由度并行非定域Toffoli门远程实现

三量子比特Toffoli门非定域远程实现在量子通讯网络、分布式量子计算中有重要应用.已有的Toffoli门非定域远程实现方案大都基于量子系统单一自由度,本文提出超纠缠信道下基于量子点-双边光学腔的两自由度并行非定域Toffoli门远程实现方案.通讯方Alice, Bob使手中光子依次进入量子点-双边光学腔,对光学腔中电子以及纠缠光子执行单粒子测量; Charlie依据纠缠光子单粒子测量结果,执行相应局域幺正操作和极化、路径自由度单粒子测量. Alice和Bob依据单粒子测量结果执行相应局域幺正变换即可完成两自由度并行非定域Toffoli门远程实现.方案以极化、路径两自由度超纠缠光子为量子纠缠信道,具有信道容量高、并行性强的优点.     

基于部分纠缠信道的高维赤道态概率可控远程联合制备

作为一种特殊类型的量子态,赤道态由于在量子信息处理中的独特应用引起了广泛关注.基于不同多粒子纠缠态信道,研究者提出了任意双量子比特、三量子比特以及多量子比特赤道态多方联合制备方案.本文研究了基于高维部分纠缠态的高维多粒子赤道态多方概率可控远程联合制备方案,提出了两个基于高维部分纠缠态的高维多粒子赤道态多方可控远程联合制备方案.一个方案以m个高维类GHZ态为纠缠信道,可实现多个控制方控制下的高维赤道态多方远程联合制备,另一个方案以一个多粒子部分纠缠态为量子纠缠信道完成单个控制方控制下的高维赤道态远程联合制备.多个发送方共享多粒子赤道态信息,依据已知信息对手中纠缠粒子选择执行相应正交投影测量,控制方对他的纠缠粒子执行单粒子测量.接收方与所有发送方和控制方合作,仅需引入一个附加量子比特就可在他的纠缠粒子上重建需制备量子态.方案不需要使用最大纠缠态作为量子纠缠信道实现高维赤道态远程可控联合制备,具有可行性强的优点.     

集体噪声信道上错误容忍量子隐写

本文提出两个集体噪声信道上错误容忍量子隐写(Quantum Steganography,QS)协议.一个是抗集体退相位噪声的,另一个是抗集体旋转噪声的.逻辑Bell态(即4量子比特DF态)被用于克服这两类集体噪声.构建在常规量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication,QSDC)信道的用于传递秘密消息的量子隐秘信道是通过对2个逻辑Bell态交换纠缠来建立.Bell态测量而非4量子比特联合测量被用于解码.而且,信道容量高达4比特每轮隐秘通信.另外,协议的不可见性和安全性都能得到保证.     

3粒子GHZ态的量子远程克隆

提出了一个能实现3粒子GHZ态1→2的量子远程克隆方案:运用2个4粒子纠缠态作为量子信道,通过发送者的2次Bell测量、Hadamard变换、单粒子测量及经典通信;2个接收者进行相应的幺正变换、引入附加粒子和通过Toffoli门,就可以得到原未知态的近似拷贝,此方案的保真度与输入态有关.另外,还推广了一种实现N粒子GHZ态1→2的量子远程克隆方案.     

量子纠缠和量子操作

对量子纠缠和量子操作作了介绍, 考察了两比特量子纠缠态和量子操作的应用及它们之间的关系. 具体包括: 用非最大纠缠纯态来实现任意量子态的确定性远程制备; 用纠缠态来实现用于分布式量子计算的非定域门操作; 讨论了量子操作的纠缠能力; 讨论了两量子比特门的构造. 这些结果有助于理解量子纠缠和量子操作这些量子信息处理中的资源.     

量子纠缠和量子操作

对量子纠缠和量子操作作了介绍, 考察了两比特量子纠缠态和量子操作的应用及它们之间的关系. 具体包括: 用非最大纠缠纯态来实现任意量子态的确定性远程制备; 用纠缠态来实现用于分布式量子计算的非定域门操作; 讨论了量子操作的纠缠能力; 讨论了两量子比特门的构造. 这些结果有助于理解量子纠缠和量子操作这些量子信息处理中的资源.     

三粒子纠缠态的几率远程制备

提出了一个几率远程制备三粒子纠缠态的方案,在该方案中,三个非最大两粒子纠缠态被用作量子信道,并运用了三粒子投影测量,所需的经典资源是三个经典比特.     

利用部分纠缠的量子信道确定性地实现N→1和1→N的受控量子远程旋转

提出利用部分纠缠的量子信道确定性地实现多个发送者1个接受者和1个发送者多个接受者的受控量子远程旋转方案.首先考虑利用两个(N?M?1)粒子部分纠缠的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态确定性地实现N个发送者在M个监控者的控制下确定性地将她们的旋转分别传给远处接受者的操作(N→1).然后考虑在一个(2K?M?1)粒子部分纠缠的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)-GHZ态或K个(M+2)粒子部分纠缠的GHZ态辅助下,发送者随意地将她的旋转分为N份(NK)并在M个监控者的控制下确定性地将它们分别传给远处N个接受者的操作(1→N).方案中,量子旋转的发送者或接受者或监控者的正定算符值测量(POVM)起着关键作用,我们给出了它们的数学表式.值得注意的是,用非理想的量子信道可确定性地实现N→1或1→N的量子远程旋转.这些方案可用于量子秘密共享,量子选举等,它们具极强的保密性.     

用非最大纠缠态实现三粒子部分纠缠态的量子受控传递

由于制备与传输中的环境耦合,现实中的纠缠态大部分是非最大纠缠态．在研究现有量子受控传递方案的基础上,提出了一种利用非最大纠缠态作为量子通道来几率地传输三粒子部分纠缠态的量子控制方案．在该方案中,选择量子通道中的一个粒子作为控制粒子,发送者进行一次Bell基测量和2次Hadamard门测量;控制者实施一次Hadamard门测量,并将他们的测量结果利用经典信道发给接收者;接收者根据他们的测量结果进行适当的幺正变换以及一些必要的投影测量就能得到待传的未知量子态．该方案是一种基于非最大纠缠态的几率受控的隐形传态方案,可以应用于远程量子计算、远程量子克隆、量子远程控制等．     

基于d维六粒子Cluster态的任意qudit态远程联合制备

提出利用d维六粒子Cluster态的任意高维量子态确定远程联合制备方案.首先考虑了基于d维六粒子Cluster态的任意双粒子qudit态远程联合制备方案,然后提出了基于六粒子Cluster态的任意单粒子qudit态双向远程联合制备方案.在方案中,两个发送方共享需制备量子态信息,第一发送方依据已知需制备量子态信息对纠缠粒子执行半正定算子测量(POVM),第二发送方依据第一发送方测量结果以及已知需制备量子态信息对纠缠粒子选择执行适当的正交投影测量,接收方依据所有发送方测量结果对纠缠粒子执行相应的局域幺正操作,就可以在他的粒子上重建需制备量子态.通信方使用高维Cluster态为量子纠缠信道完成高维量子态远程联合制备,与其他方案相比,具有信道容量高的优点.     

联合噪声下确定的安全量子通信

提出了两个抗联合噪声的确定的安全量子通信方案. 一个用于在联合转动噪声下进行安全的量子通信, 另一个用于在联合退相位噪声下进行安全的量子通信. 量子通信的双方利用他们的子系统之间的量子关联有效地完成窃听检测. 为了在联合噪声下进行安全的量子通信, 发送方需要制备一串三光子纠缠态, 但通信双方仅需要采用单光子测量获得信息, 而不是Bell态测量. 这一特点使得我们的方案在实际应用中更方便.     

基于集体噪声信道三量子比特纠缠态测量相关性的鲁棒量子对话

利用三量子比特纠缠态作为初始量子资源,提出两个分别运行在集体退相位噪声信道和集体旋转噪声信道上的鲁棒量子对话(Quantum Dialogue,QD)协议.Alice制备一系列三量子比特纠缠态,将它们分成一个物理量子比特序列和一个逻辑量子比特序列,然后将逻辑量子比特序列发送给Bob.接着,Alice和Bob分别对物理量子比特序列和逻辑量子比特序列进行测量.根据他的测量结果,Bob制备新的没有测量过的逻辑量子比特序列,并利用逻辑酉操作编码他的秘密消息.接着,Bob将编码的逻辑量子比特序列发送回Alice.最后,Alice对编码的逻辑量子比特序列施加逻辑酉操作以编码她的秘密消息并公布她对其的测量结果.这样,Alice和Bob就能解码出彼此的秘密消息.借助于三量子比特纠缠态的测量相关性,两个参与者秘密地共享信息逻辑量子比特的初态.这样,信息泄露问题被克服.所提出的协议只需要单光子测量.与之前提出的可运行在集体噪声信道上的QD协议相比,所提出的协议具有最高的信息论效率.     

远程制备多粒子纠缠态优化方案

提出了一个较好的远程制备多粒子的纠缠态的方案,先讨论用(N+1)粒子的纠缠态作为量子通信信道制备2N粒子的纠缠态.然后在研究用一个(N+1)粒子的纠缠态和一个(N+2)粒子的纠缠态作为量子通信信道制备(2N+1)粒子的纠缠态.与现在已有人提出的制备多粒子的纠缠态的方案相比,这个方案的优点是仅花费了两位经典位和只有一次两粒子的投影测量.     

利用非最大纠缠态的量子信息隐藏方案

为保证信息安全,提出了一种利用非最大纠缠态的量子信息隐藏方案.该方案建立在双粒子量子系统纠缠态的非定域性质的基础上,信息被编码于双粒子系统的整体态,然后,这两个粒子分配给两个人,他们只允许做定域操作而且彼此之间只能交换经典信息.这样,信息就被隐藏起来.相对于使用最大纠缠态的方案,该方案更容易实现.研究结果证明:该方案可以被用于网络上保存秘密信息.     

基于纠缠交换的量子密钥分发

为了提高量子密钥分发的效率,提出了一种基于纠缠交换的密钥分配方案。该方案无需交换经典信息且不要进行任何酉操作,通信双方通过纠缠交换并利用贝尔测量即可生成密钥;除去少量用于检测量子信道安全的量子位,其余量子位都可以用来生成密钥,且每两对纠缠粒子就可以生成密钥的两个比特位。利用Stinespring Dilation定理证明了该方案的安全性并给出了效率分析。     

基于低Q腔的集体旋转无退相干子空间中的量子信息处理

基于低Q腔的单光子输入输出过程实现量子信息处理任务.将2个光子的极化态编码为1个逻辑量子比特,编码方式对于集体旋转噪声免疫.提出了实现原子和逻辑量子比特之间的混合控制相位翻转门,2个逻辑量子比特之间的CNOT门,逻辑量子比特的纠缠制备,原子到逻辑量子比特的量子态转移等方案.     

Grover算法的非定域实现

用核磁共振技术目前只能做到对7个量子比特的演示计算。为此有人提出"分布式量子计算机"的方案。该文考察Grover搜索算法非定域实现,分析为实现这种非定域操作所需的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠对资源。以2个量子比特为例,说明非定域实现Grover搜索的全过程,并推广到N个量子比特情况下非定域实现的资源需求情况。N为要搜索数据库的大小。结果表明,某些情况下,非定域Grover算法耗用比经典Grover算法更多个EPR对,甚至比经典计算机所用的资源还多,此时的非定域量子计算失去了量子计算的优势。     

基于一个共享辅助逻辑Bell态的抗集体噪声鲁棒量子对话

本文分别提出两个抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的鲁棒量子对话(Quantum Dialogue,QD)协议.在每个提出的QD协议中,每个由4物理量子比特构成的4个逻辑Bell态被用于对抗集体噪声.信息泄露问题通过从一个通信方向另一个通信方直接两步传送辅助逻辑Bell态来克服.Bell态测量而非4量子比特联合测量被用于解码.抵抗窃听者主动攻击(如截获-重发攻击、测量-重发攻击、纠缠-测量攻击和木马攻击)的有效性能够得到保证.     

联合旋转噪声下单光子与两光子态的隐形传送

量子隐形传态在量子计算和量子通信方面有重要的应用。本文提出经由联合旋转噪声信道的单粒子态两粒子未知的非最大纠缠态的隐形传送协议。这两个协议也可以推广到多粒子态的隐形传态。     

基于身份验证和纠缠交换的量子密钥分发

为了验证通信双方的身份,文中提出了一种身份验证方法。基于这种身份验证方法,利用纠缠交换的特殊性质,提出一种量子密钥分发方案。本方案中需要进行通信的二者在验证彼此合法性的同时,可以检测量子信道的安全性。无需传送量子比特、交换经典信息或执行酉操作,通信双方即可利用纠缠交换的性质进行贝尔测量即可生成安全的密钥,且每两对纠缠粒子就可以生成量子密钥的2个比特位。文中对该协议的安全性进行了详细分析并计算了密钥生成效率。